CN109888462A - 一种毫米波天线装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种毫米波天线装置和电子设备，毫米波天线装置包括电子线路软板、陶瓷天线模块和连接器，陶瓷天线模块和连接器固定于电子线路软板上，陶瓷天线模块包括陶瓷基底和设置于陶瓷基底上的天线阵列单元，天线阵列单元通过电子线路软板上的线路与连接器电连接，电子线路软板包括至少一介质层，介质层为低损耗材料层，陶瓷基底为低温烧结陶瓷体。本发明提供的毫米波天线装置的陶瓷天线模块通过电子线路软压板上的线路与连接器电连接，实现将天线阵列单元的信号经过陶瓷基底和电子软压板传输到连接器，解决现有天线装置体积大、损耗大以及不能满足5G通讯传输速率的要求的问题，使天线装置的体积小、传输损耗低且满足5G通讯传输速率的要求。

Description

一种毫米波天线装置和电子设备

技术领域

本发明实施例涉及天线技术，尤其涉及一种毫米波天线装置和电子设备。

背景技术

第五代移动通讯标准(5G)的关键技术包括大规模多输入多输出技术(MassiveMIMO)的应用和毫米波传输，5G通讯相比现有网络具有更高的传输速率，更低的传输延时和更高的可靠性。基于5G通讯的技术要求，对天线这一发射信号和接收信号的关键组件提出了更高的要求，无论是基站还是移动终端都需要升级并增加支持MIMO以及毫米波通讯的天线。

根据3GPP协议的规定，毫米波的工作频段目前主要为28GHz和39GHz，其自由空间的波长分别为10.7mm和7.7mm，相对传统天线频段较小，目前现有的移动终端中满足2G/3G/4G LTE的天线，不能满足5G要求。随着手机的功能越来越多，人们对手机的尺寸要求越来越高，迫切需要小尺寸的天线以节省手机的内部空间。毫米波天线的电磁波波长小，天线的尺寸相应的会减小，但毫米波的缺点是电磁波传输过程中的损耗较大，在自由空间中，传播路径不变，频率提升10倍，路径损耗会增加20dB，考虑到气压，雨雾，还会有额外的15dB/km路径损耗，而且毫米波信号在电导体中传输的损耗比sub 6GHz频段也大很多。

现有的天线装置体积大、损耗高以及不能满足5G通讯传输速率的要求的问题亟待解决。

发明内容

本发明提供一种毫米波天线装置和电子设备，以解决现有的天线装置体积大、损耗高以及不能满足5G通讯传输速率的要求的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种毫米波天线装置，包括：电子线路软板、陶瓷天线模块和连接器；

陶瓷天线模块和连接器固定于电子线路软板上；

陶瓷天线模块包括陶瓷基底和设置于陶瓷基底上的天线阵列单元；天线阵列单元通过电子线路软板上的线路与连接器电连接；

电子线路软板包括至少一介质层，介质层为低损耗材料层，陶瓷基底为低温烧结陶瓷体。

进一步地，电子线路软板包括依次设置的第一金属层、第二金属层和第三金属层；

一介质层设置于第一金属层和第二金属层之间，另一介质层设置于第二金属层和第三金属层之间；第一金属层与第三金属层电连接；第二金属层包括绝缘设置的信号线和接地线，第一金属层、接地线和第三金属层均电连接。

进一步地，第一金属层、接地线和第三金属层通过过孔内的导通柱电连接，过孔位于信号线的两侧；过孔内的导通柱为金属筒或金属柱。

进一步地，电子线路软板还包括第一焊盘；

信号线的一端与第一焊盘电连接，信号线的另一端与连接器电连接。

进一步地，天线阵列单元包括至少两个金属片，陶瓷天线模块还包括金属通孔和第二焊盘，金属通孔贯穿所述陶瓷基底；金属片分别设置于陶瓷基底相对的两侧，金属通孔分别与金属片和第二焊盘电连接；第二焊盘与电子线路软板上的第一焊盘电连接。

进一步地，连接器采用B2B连接头。

进一步地，金属片位于陶瓷基底的顶部或内部，陶瓷基底至少暴露出来金属片的一部分。

进一步地，陶瓷基底的材料的介电常数小于10，陶瓷基底的材料的损耗角正切值小于0.01。

进一步地，相邻金属片之间的距离范围为0.5-1个毫米波工作频率波长。

第二方面，本发明实施例提供一种电子设备，装设有第一方面任一项提出的毫米波天线装置。

本发明提供的毫米波天线装置，包括电子线路软板、陶瓷天线模块和连接器，陶瓷天线模块和连接器固定于电子线路软板上，陶瓷天线模块包括陶瓷基底和设置于陶瓷基底上的天线阵列单元，天线阵列单元通过电子线路软板上的线路与连接器电连接，电子线路软板包括至少一介质层，介质层为低损耗材料层，陶瓷基底为低温烧结陶瓷体。本发明提供的毫米波天线装置的陶瓷天线模块通过电子线路软压板上的线路与连接器电连接，实现将天线阵列单元上的信号经过陶瓷基底和电子软压板传输到连接器，解决现有的天线装置体积大、损耗大以及不能满足5G通讯传输速率的要求的问题，使天线装置的体积小、传输损耗低且满足5G通讯传输速率的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的电子线路软板的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种毫米波天线装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的俯视图；

图5是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的主视图；

图6是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的沿A-A方向的剖面图；

图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的结构示意图。参见图1，本发明实施例提供的毫米波天线装置包括：电子线路软板1、陶瓷天线模块2和连接器3，陶瓷天线模块2和连接器3固定于电子线路软板1上，陶瓷天线模块2包括陶瓷基底21和设置于陶瓷基底上的天线阵列单元20；天线阵列单元20通过电子线路软板1上的线路与连接器3电连接，电子线路软板包括至少一介质层，介质层为低损耗材料层，陶瓷基底为低温烧结陶瓷体。

具体地，电子线路软板1包括至少一介质层，例如可以是第一介质层、第二介质层和第三介质层，介质层的材质可以为低损耗材料，电子线路软板1上设置有线路，陶瓷天线模块2的陶瓷基底21固定于电子线路软板1上，陶瓷基底21可以采用低温烧结工艺制得，因此陶瓷基底的材质可以为低温烧结陶瓷，天线阵列单元20与电子线路软板1上的线路可通过SMT工艺(Surface Mount Technology，表面组装技术)焊接电连接，将天线阵列单元20接收的信号传输给电子线路软板1上的连接器3，或者，将从连接器3获取到的信号经电子线路软板1上的线路传输给天线阵列单元20，由天线阵列单元20发射信号。

电子线路软板1的信号传输线路可以屏蔽高频信号，电子线路软板1的介质层选用的低损耗材料，能减少信号传输过程中信号的损耗，减少功率损耗，电子线路软板1的介质层采用的低损耗材料在高温下具有液体的流动性，通过高温弯折工艺技术，可以将电子线路软板1弯折成一定的形状，满足结构设计的要求，充分利用结构上的空隙，将电子线路软板1进行弯折，从而减小毫米波天线装置的体积，有利于提高电子设备的空间利用率。

本发明提供的毫米波天线装置的陶瓷天线模块通过电子线路软压板上的线路与连接器电连接，实现将天线阵列单元上的信号经过陶瓷基底和电子软压板传输到连接器，电子线路软板包括至少一介质层，介质层为低损耗材料层，陶瓷基底为低温烧结陶瓷体，解决了现有的天线装置体积大、损耗大以及不能满足5G通讯传输速率的要求的问题，使毫米波天线装置的体积小、传输损耗低且满足5G通讯传输速率的要求。

本发明实施例提供又一种毫米波天线装置。图2是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的电子线路软板的结构示意图。参见图2，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的毫米波天线装置的电子线路软板1可以包括依次设置的第一金属层11、第二金属层12和第三金属层13，一介质层设置于第一金属层11和第二金属层12之间，另一介质层设置于第二金属层12和第三金属层13之间，第一金属层11与第三金属层13电连接，第二金属层12包括绝缘设置的信号线121和接地线122，第一金属层11、接地线122和第三金属层13均电连接。

具体地，第一介质层14可以设置于第一金属层11和第二金属层12之间，第二介质层15可以设置于第二金属层12和第三金属层13之间。第二金属层12绝缘设置的信号线121和接地线122之间的绝缘层为第三介质层16，第一介质层14、第二介质层15以及第三介质层16的绝缘材料可以相同或不同，其材料可以为低损耗材料，例如液晶高分子聚合物(LiquidCrystal Polymer，LCP)、MPI(Modified polyimide，Modified PI)、MPI或改性聚酰亚胺(polyimide，改性PI)等。电子线路软板1的介质层采用LCP材料或者改性PI，一方面可以使得高频信号在其中传输时的损耗相对降低，减小功率损耗，另一方面利用LCP材料或者改性PI在高温下具有液体的流动性这一特点，通过高温弯折工艺技术，可以将电子线路软板1弯折成一定的形状，满足结构设计的要求，例如在电子设备空间有限的状况下，可以充分利用结构上的一些空隙，将电子线路软板1进行弯折，有利于提高电子设备的空间利用率。第一金属层11、第二金属层12和第三金属层13一般选用金属铜，当然第一金属层11、第二金属层12和第三金属层13也可以采用其他材料的金属。电子线路软板1上的线路主要是高频信号传输线，第二金属层12用作高频信号的传输，其中信号线121作为信号线路，接地线122作为信号地。第一金属层11和第三金属层13作为高频信号的地，第一金属层11与第三金属层13电连接，有利于更好的将高频信号屏蔽在第一金属层11与第三金属层13之间，避免受到外界环境的影响。

可选地，图3是本发明实施例提供的另一种毫米波天线装置的结构示意图。结合图2和图3，在上述实施例的基础上，第一金属层11、接地线122和第三金属层13通过过孔17内的导通柱18电连接，过孔17位于信号线121的两侧，过孔17内的导通柱18为金属筒或金属柱。

具体地，第一金属层11和第三金属层13为地线，接地线122与第一金属层11和第三金属层13的地线通过过孔17内的导通柱18电连接，将信号地的接地线122可靠接地，有利于更好的将高频信号屏蔽在第一金属层11与第三金属层13之间，避免受到外界干扰。过孔17分布于信号线121的两侧，既能保证接地线122与第一金属层11和第三金属层13的地线通过过孔17内的导通柱18可靠电连接，又不影响信号线121信号的传输。过孔17内的导通柱18可以为位于过孔17侧壁的金属筒或者为填充过孔17的金属柱，只需保证第一金属层11、接地线122和第三金属层13通过过孔17内的导通柱18可靠电连接即可，在此不作限定。

可选地，继续参见图3，电子线路软板1还包括第一焊盘19，信号线121的一端与第一焊盘19电连接，信号线121的另一端与连接器3电连接。

具体地，第一焊盘19和信号线121构成电子线路软板1上的线路，电子线路软板1通过第一焊盘将天线阵列单元20接收的信号传输给电子线路软板1上的连接器3，或者，将从连接器3获取到的信号经电子线路软板1上的信号线121和第一焊盘传输给天线阵列单元20，由天线阵列单元20发射信号。

本发明实施例提供又一种毫米波天线装置。图4是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的俯视图。图5是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的主视图。图6是本发明实施例提供的一种毫米波天线装置的沿A-A方向的剖面图。结合图4至图6，天线阵列单元20包括至少两个金属片201，陶瓷天线模块2还包括金属通孔22和第二焊盘23，金属通孔22贯穿所述陶瓷基底21，金属片201分别设置于陶瓷基底21相对的两侧，金属通孔22分别与金属片201和第二焊盘23电连接，第二焊盘23与电子线路软板1上的第一焊盘19电连接。

具体地，陶瓷天线模块2的天线阵列单元20包括的至少两个金属片201，金属片201可以设置在陶瓷基底21背离电子线路软板1的一侧，或者，金属片201可以设置在陶瓷基底21靠近电子线路软板1的一侧。陶瓷天线模块2包括的金属通孔22与金属片201对应设置，第二焊盘23可以设置在陶瓷基底21靠近电子线路软板1的一侧，方便将金属片201通过金属通孔22与电子线路软板1上的线路电连接。天线阵列单元20包括的至少两个金属片201通过金属通孔22使其跟位于陶瓷模块2底部的第二焊盘23电连接，通过使用SMT的工艺，第二焊盘23进一步地跟电子线路软板1上的第一焊盘19电连接，使得整个电路完整。需要说明的是，图4至图6示例性地画出天线阵列单元20包括的4个金属片201，且金属片201设置于陶瓷基底21背离电子线路软板1的一侧的情况。

可选地，连接器3可以采用B2B连接头。连接器3采用B2B连接头可以方便与电子设备的其他电路电连接。

可选地，继续参见图6，金属片201位于陶瓷基底21的顶部或内部，陶瓷基底21至少暴露出来金属片201的一部分。

具体地，陶瓷基底21至少暴露出来金属片201的一部分，方便天线装置接收信号和发射信号，提高天线装置的可靠性和适用性。

可选地，陶瓷基底21的材料的介电常数小于10，陶瓷基底21的材料的损耗角正切值小于0.01，可以有效提升毫米波天线装置的辐射效率。

可选地，相邻金属片201之间的距离范围可以为0.5-1个毫米波工作频率波长。

具体地，根据3GPP协议的规定，毫米波的工作频段目前主要为28GHz和39GHz，其自由空间的波长分别为10.7mm和7.7mm，相对传统天线频段而言比较小。电磁波波长小的一个主要的优点是天线的尺寸相应的会很小。相邻金属片201之间的距离范围可以为0.5-1个毫米波工作频率波长，可以使天线装置的尺寸尽可能小，同时相邻金属片201之间的距离在0.5-1个毫米波工作频率波长之内，既能保证天线装置的正常工作，又能保证单位面积的陶瓷基底21上金属片201的个数尽可能多，提升天线装置接收和发射信号的性能。

本发明提供的毫米波天线装置的发射频率范围为27Hz-29Hz，也适用于更高频段的39GHz频率范围，解决现有的天线装置体积大、损耗大以及不能满足5G通讯传输速率的要求的问题，使毫米波天线装置的体积小，工作频段为5G网络的毫米波频段，适合使用在无线终端设备上。

本发明实施例提供一种电子设备，图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。参见图7，本发明实施例提供的电子设备200装设有上述任意实施例提出的毫米波天线装置100。

具体地，本发明实施例提供的电子设备200可以为无线终端设备，装设有上述任意实施例提出的毫米波天线装置100，工作在5G网络的毫米波频段，毫米波天线装置100用于信号的发射和接收。

本发明提供的电子设备装设有上述任意实施例提出的毫米波天线装置，与本发明任意实施例提供的毫米波天线装置属于相同的构思，具有相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节，详见本发明任意实施例提供的毫米波天线装置。本发明实施例提供的电子设备适用于5G网络的毫米波频段，具有体积小、损耗低以及可靠性好的优点。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种毫米波天线装置，其特征在于，包括：电子线路软板、陶瓷天线模块和连接器；

所述陶瓷天线模块和所述连接器固定于所述电子线路软板上；

所述陶瓷天线模块包括陶瓷基底和设置于陶瓷基底上的天线阵列单元；所述天线阵列单元通过所述电子线路软板上的线路与所述连接器电连接；所述电子线路软板包括至少一介质层，所述介质层为低损耗材料层，所述陶瓷基底为低温烧结陶瓷体。

2.根据权利要求1所述的毫米波天线装置，其特征在于，

所述电子线路软板包括依次设置的第一金属层、第二金属层和第三金属层；

一所述介质层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间，另一所述介质层设置于所述第二金属层和所述第三金属层之间；所述第一金属层与所述第三金属层电连接；所述第二金属层包括绝缘设置的信号线和接地线，所述第一金属层、所述接地线和所述第三金属层均电连接。

3.根据权利要求2所述的毫米波天线装置，其特征在于，

所述第一金属层、所述接地线和所述第三金属层通过过孔内的导通柱电连接，所述过孔位于所述信号线的两侧；所述过孔内的导通柱为金属筒或金属柱。

4.根据权利要求2所述的毫米波天线装置，其特征在于，

所述电子线路软板还包括第一焊盘；

所述信号线的一端与所述第一焊盘电连接，所述信号线的另一端与所述连接器电连接。

5.根据权利要求1所述的毫米波天线装置，其特征在于，

所述天线阵列单元包括至少两个金属片，所述陶瓷天线模块还包括金属通孔和第二焊盘，所述金属通孔贯穿所述陶瓷基底；所述金属片分别设置于所述陶瓷基底相对的两侧，所述金属通孔分别与所述金属片和所述第二焊盘电连接；所述第二焊盘与所述电子线路软板上的第一焊盘电连接，所述第一焊盘与所述电子线路软板上的线路电连接。

6.根据权利要求1所述的毫米波天线装置，其特征在于，所述连接器采用B2B连接头。

7.根据权利要求5所述的毫米波天线装置，其特征在于，

所述金属片位于所述陶瓷基底的顶部或内部，所述陶瓷基底至少暴露出来所述金属片的一部分。

8.根据权利要求1所述的毫米波天线装置，其特征在于，

所述陶瓷基底的材料的介电常数小于10，所述陶瓷基底的材料的损耗角正切值小于0.01。

9.根据权利要求5所述的毫米波天线装置，其特征在于，

相邻所述金属片之间的距离范围为0.5-1个毫米波工作频率波长。

10.一种电子设备，其特征在于，装设有权利要求1所述的天线装置。